FreeRTOS软件定时器解析与应用
FreeRTOS软件定时器解析与应用
1.软件定时器基础知识
1）软件定时器概述
前面介绍STM32芯片上的硬件定时器，FreeRTOS还可以提供软件定时器，软件定时器用于计划在未来的某个固定时间执行某个功能，或者以固定的频率定期执行。软件定时器执行函数是软件定时器的回调函数。
软件定时器由FreeRTOS内核实现，并受其控制。它们不需要硬件支持，并且与硬件定时器或硬件计数器无关。请注意，软件定时器的回调函数是在定时器服务任务中执行的，所以一定不能在回调函数中调用任何会阻塞任务的API函数。例如，千万不能在定时器回调函数中调用vTaskDelay（）和vTaskDelayUnti（）函数，还有一些访问队列或信号量的非零阻塞时间的API函数也不能调用。
FreeRTOS中的软件定时器可以支持单次定时和周期定时。单次定时是指定时一定的时长后执行一次回调函数，然后就停止不再执行。周期定时是指周期性地执行回调函数。
2）软件定时器配置
软件定时器功能是可选的。软件定时器的相关程序代码在“timers.c”文件中定义。要使用软件定时器功能，应在“FreeRTOSConfig.h”文件中配置定时器，配置如下。
2.软件定时器函数分析
软件定时器有创建、复位、开启、停止等函数。因为实际中应用更多的是硬件定时器，它的精度高，消耗CPU资源少，所以本小节只分析软件定时器函数的输入参数和返回值，不具体分析代码。
1）软件定时器创建函数
（1）动态创建定时器函数xTimerCreate（）。
动态创建定时器函数xTimerCreate（）的定义如下。
输入参数如下。
•pcTimerName：定时器名。
•xTimerPeriodInTicks：定时器定时周期。
•uxAutoReload：是否设置为周期定时器，pdTRUE为周期定时器，pdFALSE为单次定时器。
•pvTimerID：设置定时器ID，不同ID定时器可能会有相同的定时器名，所以设置不同ID加以区分。
•pxCallbackFunction：定时器回调函数，该函数需要用户自定义。
返回参数如下。
•TimerHandle_t：定时器句柄。
（2）静态创建定时器函数xTimerCreateStatic（）。
静态创建定时器函数xTimerCreateStatic（）所需要的内存需要用户自行分配，其使用方法和动态创建定时器函数一样，此处不再分析。
2）复位定时器函数
（1）任务级复位定时器函数xTimerReset（）。
任务级复位定时器函数xTimerReset（）用于复位一个软件定时器，此函数只能用在任务中，不能用于中断服务函数。此函数是一个宏，真正执行的是函数xTimerGenericCommand（），函数原型如下。
输入参数如下。
•xTimer：要复位的软件定时器的句柄。
•xTicksToWait：设置阻塞时间。
返回参数如下。
•pdPASS：软件定时器复位成功，即命令发送成功。
•pdFAIL：软件定时器复位失败，即命令发送失败。
（2）中断级定时器复位函数xTimerResetFromISR（）。
中断级定时器复位函数xTimerResetFromISR（）用于中断服务函数。此函数是一个宏，真正执行的是函数xTimerGenericCommand（），函数原型如下。
输入参数如下。
•xTimer：要复位的软件定时器的句柄。
•pxHigherPriorityTaskWoken：标记退出此函数以后是否进行任务切换，pdTRUE表示退出执行一次任务切换。
返回参数如下。
•pdPASS：软件定时器复位成功，即命令发送成功。
•pdFAIL：软件定时器复位失败，即命令发送失败。
3）开启软件定时器
FreeRTOS提供两个函数来重新启动软件定时器：一个是任务级开启软件定时器函数xTimerS tart（），另一个是中断级开启软件定时器函数xTimerStartFromISR（）。
（1）任务级开启软件定时器函数xTimerStart（）。
任务级开启软件定时器函数xTimerStart（）是一个宏，真正执行的是函数xTimerGenericCommand（），定义如下。
输入参数如下。
•xTimer：要复位的软件定时器的句柄。
•xTicksToWai t：设置阻塞时间。
返回参数如下。
•pdPASS：软件定时器开启成功，即命令发送成功。(https://www.daowen.com)
•pdFAIL：软件定时器开启失败，即命令发送失败。
（2）中断级开启软件定时器函数xTimerStartFromISR（）。
中断级开启软件定时器函数xTimerStartFromISR（）的宏定义如下。
输入参数如下。
•xTimer：要复位的软件定时器的句柄。
•pxHigherPriori tyTaskWoken：标记退出此函数以后是否进行任务切换，pdTRUE表示退出执行一次任务切换。
返回参数如下。
•pdPASS：软件定时器开启成功，即命令发送成功。
•pdFAIL：软件定时器开启失败，即命令发送失败。
4）停止软件定时器
FreeRTOS也提供了两个用于停止软件定时器的函数：一个是任务级停止软件定时器函数xTimerStop（），另一个是中断级停止软件定时器函数xTimerStopFromISR（）。
（1）任务级停止软件定时器函数xTimerStop（）。
任务级停止软件定时器函数xTimerStop（）是一个宏，真正调用的是函数xTimerGenericCommand（），函数原型如下。
输入参数如下。
•xTimer：要复位的软件定时器的句柄。
•xTicksToWai t：设置阻塞时间。
返回参数如下。
•pdPASS：软件定时器停止成功，即命令发送成功。
•pdFAIL：软件定时器停止失败，即命令发送失败。
（2）中断级停止软件定时器函数xTimerStopFromISR（）。
中断级停止软件定时器函数xTimerStopFromISR（）的宏定义如下。
输入参数如下。
•xTimer：要复位的软件定时器的句柄。
•pxHigherPriorityTaskWoken：标记退出此函数以后是否进行任务切换，pdTRUE表示退出执行一次任务切换。
返回参数如下。
•pdPASS：软件定时器停止成功，即命令发送成功。
•pdFAIL：软件定时器停止失败，即命令发送失败。
3.软件定时器应用：闪烁灯设计
1）任务要求
利用STM32F1系列MCU和FreeRTOS设计一个每隔1 s闪烁的灯。要求利用FreeRTOS定时器实现1 s周期定时，通过信号量控制方式进行任务通信，记录秒信号，并将秒信号通过串行通信接口输出到计算机串口调试助手。请进行硬件、软件设计，并进行仿真与调试。
2）硬件设计
硬件电路图如图1所示。PB0和PB1处接外部按键，PB10外接一个LED，应用串口2，通过串口转USB接口送到计算机的串口。
图1 硬件电路图
3）软件设计
创建一个软件定时器，时钟源是FreeRTOS的时钟节拍，本例的时钟节拍为1 ms。设计为周期定时器，定时周期为1 s。定时时长计满后，在回调函数timer_callback（）中对LED取反，使其闪烁发光。
创建一个软件定时器开启和关闭的任务，按下按键PB0开启定时器，按下按键PB1停止计时。
创建一个二值信号量，在定时器回调函数timer_callback（）中释放信号量。
创建一个计数任务，获取二值信号量。如果获取成功，表示定时器定时1 s时间到，已经释放了信号量。
在STM32CubeMX中创建工程，使能二值信号量，使能软件定时器，生成MDK工程文件，在“main.c”文件中添加如下程序。
4）仿真与调试
程序编译调试好后，可通过Keil-MDK模拟仿真，也可以通过硬件用USB连接计算机串口，按下PB0按键后，在串口输出数据，仿真调试效果如图2所示。
图2 仿真调试效果
（1）Task_TimerControl任务优先级最高，会不停地检测按键是否被按下，若PB0被按下，软件定时器开启，并开始计数。
（2）当1 s计时到，回调函数释放一个信号量。
（3）Task_Count任务获取信号量后，进行计数处理，分别对秒、分、小时进行计数，并向串口打印。若未获得信号量，则Task_Count任务将阻塞，并一直等待，直到下一次时间到。
